高考工藝流程題中反應(yīng)條件的控制

楊濤

高考工藝流程題常以工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)熱點(diǎn)、科技前沿為命題情景，體現(xiàn)無(wú)情景不命題的思想。試題主要考查學(xué)生元素化合物、化學(xué)反應(yīng)原理相關(guān)知識(shí)，應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的核心素養(yǎng)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。試題中反應(yīng)條件的選擇主要從以下5個(gè)方面考查。

一、溫度的控制

化工生產(chǎn)工藝中溫度控制的作用及溫度選擇見(jiàn)表1。

例題1 （2015年福建卷節(jié)選）工業(yè)上用鋁土礦（主要成分為Al2O3，含有Fe2O3、SiO2等雜質(zhì)）制取無(wú)水氯化鋁的工藝流程示意圖如圖1所示，部分物質(zhì)沸點(diǎn)見(jiàn)表2。

（4）步驟Ⅲ的尾氣經(jīng)冷卻至室溫后，氣體用足量的NaOH冷溶液吸收，生成的鹽主要有3種，其化學(xué)式分別為_(kāi)___。

解析 溫度：該流程圖中出現(xiàn)了4次具體的溫度，問(wèn)題（4）設(shè)置上也與溫度有關(guān)。

步驟Ⅰ中焙燒300℃目的是：使固體水分揮發(fā)，防止步驟Ⅱ生成的AlCl3水解；焦炭氣孔數(shù)日增多，目的是增大接觸面積，加快反應(yīng)速率；

步驟Ⅱ中焙燒950℃目的是分離出SiCl4、AlCl3、FeCl3氣體。

步驟Ⅲ冷卻到100℃目的是分離出SiCl4氣體得到AlCl3、FeCl固體。

步驟Ⅳ300℃目的是將產(chǎn)品升華得到AlCl3

（4）中出現(xiàn)的溫度：室溫。步驟Ⅲ的氣態(tài)混合物冷卻至100℃時(shí)AlCl3、FeCl3液化；尾氣冷卻到室溫后，SiCl4成為液體。此時(shí)的氣體中能與氫氧化鈉反應(yīng)的是Cl2和CO2，分析寫出產(chǎn)物。

答案：NaCl、NaClO和Na2CO3

二、pH的控制

生產(chǎn)過(guò)程中，控制溶液pH的作用見(jiàn)表3。

例題2 （2020年新課標(biāo)Ⅰ節(jié)選）黏土釩礦中，釩以+3、+4、+5價(jià)的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiO2、Fe3O4。采用圖2所示工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3。

該工藝條件下，溶液中金屬離子開(kāi)始沉淀和完全沉淀的pH見(jiàn)表4。

解析 “酸浸氧化”中，VO+和VO2+被氧化成VO2+；“中和沉淀”中，釩水解并沉淀為V2O5·xH2O;“沉淀轉(zhuǎn)溶”中，V2O5·xH2O轉(zhuǎn)化為釩酸鹽溶解。

題干pH調(diào)控過(guò)程是：釩礦粉先酸浸，再加堿由小到大調(diào)pH，再加酸凋pH由大到小。

“酸浸氧化”中，硫酸溶解Fe3O4，生成的產(chǎn)物Fe2與MnO，反應(yīng)生成Fe3+和Mn2+，VO+和VO2+被MnO2氧化成VO2+，同時(shí)除去SiO2。

pH由小升高：濾液①用NaOH調(diào)pH為3.0 -3.1時(shí)，沉淀了大部分的Fe3+和小部分的鋁離子，得到V2O5· xH2O

pH繼續(xù)升高：濾餅②中含氫氧化鐵、氫氧化鋁和V2O5·xH2O，濾餅②在pH>13的NaOH環(huán)境中發(fā)生沉淀轉(zhuǎn)溶，溶解了全部的氫氧化鋁，同時(shí)有V2O5·xH2O轉(zhuǎn)化為釩酸鹽溶解的過(guò)程，氧氧化鐵作為濾渣③被過(guò)濾除去。

pH由大往小調(diào)：濾液③加HCl調(diào)pH為8.5，將NaAlO2轉(zhuǎn)化為Al（OH）3沉淀過(guò)濾除去。該流程的特殊性，Al3+和Fe3+不是一步被除凈的。

解題過(guò)程看表格數(shù)據(jù)，理解調(diào)控pH的目的，解決題目的問(wèn)題。

三、濃度的控制

化丁生產(chǎn)中，原料液濃度控制的作用見(jiàn)表5。

例題3 （2016年上海卷節(jié)選）乙酸乙酯廣泛用于藥物、染料、香料等工業(yè)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，通常加入過(guò)量的乙醇，原因是____。

答案：增大乙酸的轉(zhuǎn)化率，有利于平衡正移動(dòng)。

四、壓強(qiáng)的控制

化工生產(chǎn)中，控制壓強(qiáng)的作用見(jiàn)表6。

五、體系環(huán)境氛圍及其他條件的控制（見(jiàn)表7）

例題4 （2023年廣東卷節(jié)選）（NH4）2CO3會(huì)使濾泥中的一種膠狀物質(zhì)轉(zhuǎn)化為疏松分布的棒狀顆粒物。（NH4）2CO3提高了Ni、Co的浸取速-，其原因____。

答案：減少膠狀物質(zhì)對(duì)鎳鈷氫氧化物的包裹，防止生成膠體，加速沉淀的生成。

（收稿日期）：2023-10-25）